基于單片機的傾角測量系統(tǒng)設計

1.引言

　　海洋環(huán)境監(jiān)測儀器是測量海洋水文要素的重要手段，其在水下的姿態(tài)直接影響到測量參數(shù)的精度。通過對儀器姿態(tài)的精確測量，可在一定傾角范圍內(nèi)對流速、流向等水文測量要素進行傾斜補償。本文主要通過傾角傳感器的選型、A/D轉(zhuǎn)換及其測量控制電路的設計、與上位機的通訊等幾部分，詳細介紹了一種傾角測量系統(tǒng)的設計方案。已成功地在國家“十五”863計劃“水下流浪潮綜合測量技術(shù)”課題中得到應用。

2.傾角測量系統(tǒng)的硬件設計

　　圖1是系統(tǒng)硬件組成的框圖。如圖所示，整個系統(tǒng)由SCA100T傾角傳感器、一階低通濾波器、ADS1211AD轉(zhuǎn)換器、單片機、上位機等幾部分組成。下面簡單對硬件的各個組成部分進行介紹：

　　圖1 硬件設計框圖

2.1單片機的選擇

　　單片微型計算機簡稱單片機。它是把組成計算機的各種功能部件：中央處理器CPU、RAM、ROM、I/O接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機 。單片機是整個系統(tǒng)的核心，在本文的應用中主要用于數(shù)據(jù)采集和傳輸，選用的是ATMEL公司的AT89S52。

2.2 AD轉(zhuǎn)換器

　　基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展（863）計劃—資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域海洋監(jiān)測技術(shù)主題：水下流浪潮綜合測量技術(shù)（課題號：2002AA632060）

　　ADS1211有主動和從動兩種工作方式，在本應用中ADS1211與單片機的連接采用四線

　　制從動方式（如圖2），即ADS1211的SDOUT、SDIO、SCLK、DRDY分別與單片機的P1.4、P1.5、 P1.6、P1.7口連接。采樣數(shù)據(jù)通過SDOUT傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機通過查詢DRDY接收數(shù)據(jù)。單片機通過SDIO向ADS1211發(fā)送命令。SCLK引腳上的串行通波特率由軟件編程實現(xiàn)。

　　圖2 傾角測量系統(tǒng)電路原理圖

2.3 傾角傳感器

　　傾角傳感器采用VTI Technologies 公司的SCA100T系列。SCA100T是采用微電子機電技術(shù)（EMES）制造的一款雙軸加速度傳感器，SCA100T單軸的最大輸出范圍約為